一种基于六边形几何的可折叠索杆结构单元的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种应用于建筑结构设计和现代空间结构设计的方法，特别是设及一种 可折叠的索杆结构单元。
【背景技术】
[0002] 预应力索杆结构体系是一种新型的由压杆和拉索组成的预应力自平衡体系，结 构刚度由受拉单元和受压单元之间的自平衡预应力提供，在施加预应力之前，结构几乎没 有刚度，但是由于自应力的存在，在特定的几何状态下，结构获得刚度成为可承受荷载的结 构，运是索杆结构体系区别于传统结构的本质特点。正是由于运一本质特点，使得预应力索 杆结构的内力和形态高度相关，表现出很强的几何非线性和形态可调性。预应力索杆结构 可W通过改变构件的内力来调节或控制结构的形态，运使得预应力索杆结构特别适合于作 为自适应结构和折叠/可展开结构，前者通过主动改变构件的内力使结构形态满足一定的 功能要求，后者通过施加或完全释放预应力使其成为具有一定形态和刚度的结构或退化为 无刚度的紧凑状态。预应力索杆结构具有质量轻、跨度大、造型美观、充分利用材料等优点， 在工程中应用前景广泛。
[0003] 虽然目前已经出现了一些基于正六边形几何的预应力索杆结构，但是由于结构的 几何构型和初始预应力的不同，不同结构的刚度也各不相同，在实际工程中的应用也存在 很大的区别。所W，开发设计基于六边形几何的可折叠索杆结构单元具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明提供一种可拓展、衍生，能高效应用于可折叠结构体系中的基于 六边形几何的索杆结构单元。 阳0化]技术方案：本发明的基于六边形几何的可折叠索杆结构单元，包括6个较接节点、 1个枢轴节点、3根拉索W及6根压杆构件，所述六个较接节点A、B、C、D、E和F分别位于一 个二维六边形几何按逆时针排序的6个顶点处，枢轴节点位于六边形几何的中屯、点G上；所 述压杆构件包括四根布置于六边形两侧四条边的一类压杆和两根位于六边形内部的二类 压杆，所述四根一类压杆分别为连接节点A和B的一类压杆，连接节点B和C的一类压杆， 连接节点D和E的一类压杆，连接节点E和F的一类压杆；所述两根二类压杆分别为连接节 点A和D的二类压杆，连接节点C和F的二类压杆，且所述的两根二类压杆和通过枢轴节点 G形成剪式较单元；每个较接节点所连接的两根压杆构件之间在该节点处较接；所述3根拉 索为连接节点A和C的一类拉索，连接节点D和F的一类拉索，连接节点B和E的二类拉索。
[0006] 进一步的，本发明基于六边形几何的可折叠索杆结构单元中，四根一类压杆长度 相同，均为1 ;所述的两根二类压杆长度相同，均为21 ;所述的两根一类拉索长度相同，均为 為/;所述二类拉索的长度为21。
[0007] 进一步的，本发明基于六边形几何的可折叠索杆结构单元中，在工作态下，所述的 索杆结构单元维持稳定的自平衡状态，六根压杆构件的预压力相同，均为Fb，所述Ξ根拉索 的预拉力相同，均为F。，且满足Fb=F。。
[0008] 进一步的，本发明基于六边形几何的可折叠索杆结构单元中，在非工作态下，改变 拉索长度实现结构的可折叠性能：当两根一类拉索维持松弛状态，二类拉索（203)的长度 由21逐渐伸长至41，六根压杆构件相互紧密贴合，使所述的索杆结构单元折叠为紧凑的水 平一字状；当二类拉索（203)维持松弛状态，两根一类拉索的长度由VI/逐渐伸长至21时， 六根压杆构件相互紧密贴合，使所述的索杆结构单元折叠为紧凑的竖向一字状。
[0009] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有W下优点：
[0010] 传统二维巧架结构的各构件中，不存在预应力，材料利用效率低，整体重量较大， 而本发明所述的索杆结构单元内所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉 力与压杆的预压力相互平衡，当外荷载作用时，结构通过主动调整构件的内力从而抵抗外 荷载的作用，且拉索始终处于受拉状态，压杆始终处于受压状态，构形合理、结构更为轻盈， 材料利用率更高。另外，传统的二维预应力索杆结构体系中压杆构件并不相连，结构刚度较 低，抵抗变形能力差，且在非工作状态下难W调整为折叠状态，而本发明中两根二类压杆通 过枢轴节点相互连接并形成剪式较，既可保证结构在工作状态下具有较好的结构刚度和受 力性能，又可保证结构在非工作状态下能连续、大范围地展开或折叠为紧凑的捆状，在运动 过程中还具有良好的可靠性。
[0011] 本发明的结构单元完全不同于已有的六边形几何的预应力索杆（Ξ根独立的压 杆位于内部，外圈连续的六根拉索），所提出的结构单元不但常规状态下可稳定承受荷载， 在某（些）索预先松弛的状态下，还具有很好的折叠性能。
【附图说明】
[0012] 图1为二维六边形几何的六个顶点及中屯、点示意图。
[0013] 图2为本发明的基于六边形的几何的可折叠索杆结构单元的构形示意图。
[0014] 图3a和图3b分别为本发明的基于六边形的几何的可折叠索杆结构单元的两种折 叠状态。
[0015] 图2和图3中，细实线均表示拉索构件，粗实线均表示压杆构件。所有图中A、B、 C、D、E、F分别表示位于六边形六个顶点处的6个较接节点，节点G表示位于六边形中屯、点 处的枢轴节点，压杆101、102、103、104均属于一类压杆，压杆105和106属于二类压杆。拉 索201和202属于一类拉索，拉索203属于二类拉索。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
[0017] 1.构件连接关系与分类。
[0018] 如图1和图2所示，本发明的可折叠索杆结构单元共包括6个较接节点、1个枢轴 节点、3根拉索W及6根压杆构件。6个较接节点A、B、C、D、E和F分别位于一个二维六边 形几何按逆时针排序的6个顶点处，枢轴节点位于六边形几何的中屯、点G上。图2中粗线 表示压杆，共6根压杆，四根一类压杆对称布置于六边形的两个相对顶点两侧，同时与六边 形两侧的四条边重合，两根二类压杆的两端分别与六边形另两组相对顶点处节点相连，并 位于六边形的内部。四根一类压